Фазовая диаграмма системы уран – углерод

Карбиды урана

Карбиды и нитриды урана. Свойства. Способы получения.

Интерес к карбидам и нитридам урана обусловлен тем, что они являются перспективными материалами для изготовления керамического ядерного топлива.

Уран образует три карбида – монокарбид UC, полуторный карбид U₂C₃ и дикарбид UC₂.

UC – монокарбид урана. Имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую решётку типа NaCl углерод в которой достаточно легко замещается на кислород или азот. Теоретическая плотность r (теор.) = 13,63 г/см³. Температура плавления t (плавл. стехиом. UC) ~ 2390 ^оС.

Дуговой плавкой удаётся получить UC с плотностью 98-99,5 % теоретич., т.е. r (практ.) = 13,36 ÷ 13,56 г/см³.

Теплопроводность монокарбида урана близка к таковой металлического урана. Все карбиды урана пирофорны и разлагаются водой. Продукты взаимодействия с водой – гидратированный оксид урана(IV), метан, водород, этан и другие углеводороды С₃-С₆:

UC + 4 H₂O → U(OH)₄ + CH₄

2 UC + 8 H₂O → 2 U(OH)₄ + C₂H₆ + H₂

При температурах более 110 ^оС образуется диоксид урана:

n UC + 2n H₂O → n UO₂ + C_nH_2n+2 + (n-1) H₂

при n=1: UC + 2 H₂O → UO₂ + CH₄

при n=2: 2 UC + 4 H₂O → UO₂ + C₂H₆ + H₂

К сожалению, UC (и др. карбиды) плохо совместимы с металлами, при t > 600 ^оС все металлы взаимодействуют с UC!

U₂C₃ имеет объемно-центрированную кубическую кристаллическую решётку. Теоретическая плотность r (теор.) = 12,88 г/см³, температура плавления t (плавл.) ~ 2450÷2480 ^оС.

UC₂ имеет гранецентророванную тетрагональную решётку. Теоретическая плотность r (теор.) = 11,68 г/см³.

На воздухе UC₂ полностью разлагается в течение недели в основном за счёт гидролиза. При температуре 1100 ^оС UC₂ взаимодействует с азотом с образованием нитрида урана. При повышенных температурах UC и UC₂ неограниченно смешиваются друг с другом.

Дата добавления: 2014-01-07